三河尖煤礦供電設(shè)計(jì)說(shuō)明書(畢業(yè)設(shè)計(jì))
三河尖煤礦供電設(shè)計(jì)說(shuō)明書(畢業(yè)設(shè)計(jì))
摘 要
本設(shè)計(jì)是按照煤礦供電系統(tǒng)對(duì)供電可靠性，經(jīng)濟(jì)性的要求，根據(jù)煤礦的負(fù)荷性質(zhì)，負(fù)荷大小和負(fù)荷的分布情況對(duì)本煤礦供電系統(tǒng)做了全面綜合的分析，詳細(xì)闡述了工廠總降壓變電所的理論依據(jù)。通過(guò)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的分析和對(duì)煤礦的電力負(fù)荷，功率補(bǔ)償，短路電流的計(jì)算，合理的選擇電力變壓器，斷路器等各種電氣設(shè)備;對(duì)煤礦總降壓變電所不同的主接線方案進(jìn)行比較，選擇可靠性高，經(jīng)濟(jì)性好的主接線方案，實(shí)現(xiàn)了煤礦供電系統(tǒng)安全，可靠，優(yōu)質(zhì)，經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng) 變壓器 主接線 短路電流
目 錄
1 三河尖礦供電簡(jiǎn)介…………………………………………………3
2 負(fù)荷計(jì)算及變壓器選擇……………………………………………4
2.1計(jì)算礦井負(fù)荷…………………………………………………4
2.2主變壓器選擇…………………………………………………5
2.3高壓電容器選擇………………………………………………6
2.4變壓器的容量…………………………………………………6
2.5三河尖礦負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表…………………………………………8
3 短路電流計(jì)算及6kv開(kāi)關(guān)繼電保護(hù)………………………………13
3.1計(jì)算前系統(tǒng)運(yùn)行方式的確定…………………………………13
3.2短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖及等值阻抗圖…………………………13
3.3整定方案………………………………………………………15
3.4初算井下變電所的短路容量…………………………………17
4 供電系統(tǒng)……………………………………………………………19
4.135kv變電所電源系統(tǒng)的供電方式……………………………19
4.2變電所一次供電設(shè)備初選……………………………………22
4.3母線裝置的初選………………………………………………27
4.4電纜選擇………………………………………………………27
5 變電所布置…………………………………………………………28
5.1變電所位置的確定……………………………………………28
5.2變電所總體布置的原則與要求………………………………28
6 變壓器繼電保護(hù)……………………………………………………29
6.1變電所繼電保護(hù)的配置情況…………………………………29
6.2主變壓器的繼電保護(hù)…………………………………………29
7 變電所的防雷………………………………………………………35
7.1變電所雷害來(lái)源………………………………………………35
7.2對(duì)直擊雷的保護(hù)………………………………………………35
7.3對(duì)雷電入侵波的保護(hù)…………………………………………37
7.4對(duì)輸電線路的保護(hù)……………………………………………37
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………38
致謝……………………………………………………………………39
1 三河尖礦供電簡(jiǎn)介
三河尖煤礦設(shè)計(jì)礦井產(chǎn)量為120萬(wàn)噸，經(jīng)改擴(kuò)建后礦井產(chǎn)量達(dá)到200萬(wàn)噸，三河尖礦上級(jí)電源來(lái)自沛縣孔莊變電所，孔三西線全長(zhǎng)11.3公里，孔三東線全長(zhǎng)10.4公里，上級(jí)參數(shù)6kv母線電抗值：最大運(yùn)行方式為0.448歐，最小運(yùn)行方式為0.532歐。
三河尖礦供電采用雙回路供電，兩臺(tái)主變壓器一備一用，原主變壓器容量為1450KVA。由于主井、洗煤廠技改，井下HEMS制冷系統(tǒng)運(yùn)行，原主變壓器已不能滿足礦井供電要求，35KV變電所進(jìn)行技術(shù)改造，對(duì)變電所設(shè)備初步選型設(shè)計(jì)。
2 負(fù)荷計(jì)算及變壓器選擇
2.1計(jì)算礦井負(fù)荷：
2.1.1煤礦供電設(shè)計(jì)中采用需用系數(shù)法
單臺(tái)設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷
Pmax=Kf*Pe/η*ηl=Kx1*Pe
式中: Kx1——單一設(shè)備的需用系數(shù)
Kf——負(fù)荷系數(shù)
ηl——供電線路效率，一般取0.9-0.95
η——設(shè)備為實(shí)際功率時(shí)的效率
無(wú)功功率按下式計(jì)算:
Qmax=Pmax*Tgφ
設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷按下式計(jì)算：
Pmax=Kf*Kt∑Pe*/ηpj*ηl=Kx*∑Pe
式中: Kt——設(shè)備組的同時(shí)系數(shù)，指在最大負(fù)荷時(shí)，設(shè)備組中運(yùn)行著的設(shè)備額定容量之和∑Peg與設(shè)備組額定容量之和∑Pe之比
Kx——設(shè)備組的需用系數(shù)
Kf——設(shè)備組的負(fù)荷系數(shù)，指設(shè)備組中運(yùn)行著的設(shè)備實(shí)際容量之和∑Pg與設(shè)備組額定容量之和∑Peg之比
ηl——供電線路效率，一般取0.9-0.95
ηpj——設(shè)備組的甲權(quán)平均效率定義為：
ηpj=∑ni=1Pi*ηi/∑nj=1Pj
Pi、ηi——設(shè)備組i臺(tái)設(shè)備的實(shí)際容量、實(shí)際效率
設(shè)備組的無(wú)功功率和視在功率的計(jì)算式如下：
Qmax=Pmax*Tgφpj
Smax=√P2max+Q2max
2.1.2全礦總計(jì)算負(fù)荷
計(jì)算全礦總計(jì)算負(fù)荷時(shí)，應(yīng)考慮個(gè)用電區(qū)域之間最大負(fù)荷的出現(xiàn)是參差不齊的，因此應(yīng)把各區(qū)域計(jì)算負(fù)荷相加之后再乘以最大負(fù)荷同時(shí)系數(shù)Ktmax，才得全礦總的計(jì)算負(fù)荷。煤礦企業(yè)Ktmax(采區(qū)有兩個(gè)工作面取0.95，三個(gè)工作面取0.9，全礦當(dāng)∑Pmax>10000KW時(shí)取0.8)
全礦有功、無(wú)功和視在計(jì)算負(fù)荷，分別按下式計(jì)算
Qmax∑=Ktmax*∑Qmax
Pmax∑=Ktmax*∑Pmax
Smax=√P2max∑+Q2max∑
式中：Qmax∑、Pmax∑——全礦各用電區(qū)域計(jì)算負(fù)荷之和
2.2主變壓器選擇
2.2.1 礦山地面降壓變電所的變壓器，一般選用兩臺(tái)，以保證對(duì)一、二類負(fù)荷的供電可靠性。我礦的重要負(fù)荷約占總負(fù)荷的80%左右，需100%的備用。為此，當(dāng)選兩臺(tái)變壓器時(shí)，每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)為：
Sb≥Kab* Pmax∑/cosφ
式中：Kab——事故時(shí)的負(fù)荷保證系數(shù)，取0.8
cosφ——補(bǔ)償后的變電所負(fù)荷功率因數(shù) 要求在0.9以上
2.2.2主變壓器容量的選擇
(1)對(duì)表中的計(jì)算負(fù)荷求和，則得全礦總負(fù)荷
∑Pmax=17777
∑Qmax=17260
(2)取Ktmax=0.8，求得全礦計(jì)算負(fù)荷
Qmax∑=Ktmax*∑Qmax=17260*0.8=13808
Pmax∑=Ktmax*∑Pmax=17777*0.8=14222
Smax=√P2max∑+Q2max∑=19822
自然功率因數(shù) cosφ= Pmax∑/ Smax=14222/19822=0.718
2.2.3無(wú)功功率的補(bǔ)償
功率因數(shù)低，及無(wú)功功率很大，礦山企業(yè)需給大量無(wú)功功率，使發(fā)電和輸配電設(shè)備的能力不能充分利用，浪費(fèi)了電能。
由于自然功率因數(shù)低于規(guī)定值0.9，因此應(yīng)在6kv母線上分別裝設(shè)電力電容器，使其功率因數(shù)提高到0.9
S‘max= Pmax∑/ cosφ‘=14222/0.9=15802
2.2.4補(bǔ)償后的無(wú)功功率為：
Q‘max=√S2max∑-P2max∑=6888kva
固求得6kv母線上所裝電容器的容量為
Qc=Qmax- Q‘max=13808-6888=6920kva ?。?950kva
6kv母線上增設(shè)6500kva電容器后、實(shí)際的無(wú)功功率、視在功率、及功率因數(shù)分別為：
Qmax∑=13808-6950=6858kva
Smax=√P2max∑+Q2max∑=15789KVA
cosφ= Pmax∑/ Smax=14222/15789=0.90
2.3高壓電容器的選擇
在提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)時(shí)，應(yīng)選擇并聯(lián)電容器。電容器的額定電壓與其接入電網(wǎng)的工作電壓相適應(yīng)。由于電容器的實(shí)際補(bǔ)償容量與其端電壓的平方成正比，所以電容器的臺(tái)數(shù)N應(yīng)按下式計(jì)算：
N=Qc/qN.C(Uw/Un.c)2=6950/45=154取160臺(tái)。
2.4變壓器的容量：
Sb≥14222/0.90=15802KVA
選S11-1600/35型電力變壓器，技術(shù)數(shù)據(jù)為
型 號(hào)：S11-1600/35 h.v線路端子及中性點(diǎn)端子：L1/AL 200/85
相 數(shù)：3相 50Hz I.V線路端子：L1/AL 75/35
額定容量：16000KVA 空載損耗：11691W
額定電壓：(35±2)2.5% 16.3KV 負(fù)載損耗：64322W
額定電流：263.9/1466.3A 空載電流：0.12%
冷卻方式：ONAN 短路阻抗：7.87%
使用條件：戶外式 出廠序號(hào)：2007-940
聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)：YNd11 制造年月：2005-12
絕緣水平： 器身重：15170kg
產(chǎn)品代號(hào)：ILB710.4442.02 油 重：600kg
標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)：GB1094.1-2-19% 油箱附件重：6230kg
3 短路電流計(jì)算及6Kv開(kāi)關(guān)繼電保護(hù)
3.1計(jì)算前系統(tǒng)運(yùn)行方式的確定
?。鹤畲筮\(yùn)行方式：孔三東線、西線并聯(lián)運(yùn)行，下井電纜并聯(lián)運(yùn)行，變壓器一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用。最小運(yùn)行方式：孔三東線、西線分列運(yùn)行，下井電纜分列運(yùn)行，變壓器一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用。
3.2短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖及等值電抗圖
3.2.1確定短路點(diǎn)：
短路點(diǎn)應(yīng)根據(jù)變電所電氣設(shè)備選擇和繼電保護(hù)來(lái)定，一般常采用下列地點(diǎn)：
1、礦井地面變電所35kv及6kv母線;
2、壓風(fēng)機(jī)房、主、副井車房
3、風(fēng)井輸電線路末端
4、井下中央變電所母線
3.2.2繪制短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖
此圖繪制與短路點(diǎn)有關(guān)的供電網(wǎng)絡(luò)，圖中應(yīng)標(biāo)出母線的平均電壓及各元件的電氣參數(shù)，各短路點(diǎn)的位置、編號(hào)及各供電回路的名稱。
3.2.3繪制等值電路(電抗)
此圖與短路電流計(jì)算系統(tǒng)圖相對(duì)應(yīng)，將系統(tǒng)圖中各元件以其電抗符號(hào)代替。
3.2.4短路電流計(jì)算
短路電流采用有名制。電壓取標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)的平均電壓值UP=6.3KV,UP=0.40KV,UP=0.69KV
1) 線路電抗： XL=X0*L
X0------單位長(zhǎng)度電抗,Ω/km (高壓架空線 0.4Ω/km)
L-------導(dǎo)線長(zhǎng)度，km (3-10kv電纜 0.08Ω/km)
線路電阻：RL=L/DS
L------------線路長(zhǎng)度，m
S------------導(dǎo)線截面積，mm2
D------------電導(dǎo)率，m/(Ω* mm2) (銅芯鎧裝電纜 80℃ 44.3)
2)變壓器電抗
Xb=Ud%*U2p/Sb
Ud%----------變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)
Up------------短路點(diǎn)的平均電壓
Sb-------------變壓器的額定容量
3)電抗器的電抗
Xk= Xk %*Uke/√3Ike
式中：Xk %----------電抗器的百分電抗值
Uke ----------電抗器的額定電壓，v
Ike-----------電抗器的額定電流，A
3.3整定方案
3.3.1電力線路的有時(shí)限的電流保護(hù)
繼電器的動(dòng)作電流：IDZJ1=KK*KJX*Ijmax/(Kf*Ni)
KK------------ 可靠系數(shù)
KJX------------ 接線系數(shù)
Ijmax------------ 線路最大計(jì)算電流
Kf--------------- 繼電器返回系數(shù)，對(duì)DL型繼電器取0.85;GL型繼電器取0.8;數(shù)字、數(shù)字繼電器取0.9
Ni-------------- 電流互感器變比
靈敏度校驗(yàn)
KL= I(2)dmin/Idzj≧1.5
I(2)dmin------------被保護(hù)線段末端最小兩相短路電流
Idzj-------------保護(hù)裝置的整定電流
3.3.2電流速斷保護(hù)
(1)線路
繼電器的動(dòng)作電流：IDZJ2=KK*KJX*Idmax/Ni
KK------------ 可靠系數(shù)
KJX------------ 接線系數(shù)
Idmax------------ 被保護(hù)線路末端的最大短路電流
Ni-------------- 電流互感器變比
3.3.3線路變壓器組
繼電器的動(dòng)作電流：IDZJ2=KKId1(3)max/Ni
Id1(3)max------------ 變壓器二次出口處短路時(shí)的最大短路電流
靈敏系數(shù)校驗(yàn)： KL= I(2)d2.min/Idzj≧1.5
Idzj ------------ 整定電流
I(2)d2.min ------------ 被保護(hù)線路末端的最小兩相短路電流
3.3.4時(shí)限電流速斷
繼電器的動(dòng)作電流：IdzA= KKIdzB
IdzA---------變電所的時(shí)限電流速斷的動(dòng)作電流
KK----------可靠系數(shù) 取1.2
IdzB-------下級(jí)變電所的無(wú)時(shí)限電流速斷的動(dòng)作電流
靈敏系數(shù)校驗(yàn)： KL= I(2)d2.min/Idzj≧1.5
Idzj ------------ 整定電流
I(2)d2.min ------------ 被保護(hù)線路末端的最小兩相短路電流
3.3.5高壓電動(dòng)機(jī)的速斷及過(guò)流保護(hù)
1)電流速斷保護(hù)
繼電器的動(dòng)作電流：IDZJ2=KK*KJX*Iq/(Ni* Kf)
KK------------ 可靠系數(shù)
KJX------------ 接線系數(shù)
Iq------------ 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流
Kf--------------- 繼電器返回系數(shù)，對(duì)DL型繼電器取0.85;GL型繼電器取0.8;數(shù)字、晶體管繼電器取0.9
Ni-------------- 電流互感器變比
靈敏系數(shù)校驗(yàn)： KL= I(2)d2.min/Idzj≧2
Idzj ------------ 整定電流
I(2)d2.min ------------ 電動(dòng)機(jī)出口處的最小兩相短路電流
2)過(guò)負(fù)荷保護(hù)
繼電器的動(dòng)作電流：IDZJ1=KK*KJX *Ie/(Ni* Kf)
KK------------ 可靠系數(shù)取1.2
KJX------------ 接線系數(shù)
Ie------------ 電動(dòng)機(jī)額定電流
Kf--------------- 繼電器返回系數(shù)，對(duì)DL型繼電器取0.85;GL型繼電器取0.8;數(shù)字、晶體管繼電器取0.9
Ni-------------- 電流互感器變比
電動(dòng)機(jī)過(guò)負(fù)荷動(dòng)作時(shí)限的整定：大于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間，取10-15秒。
3.4初算井下變電所的短路容量(最大運(yùn)行方式)
數(shù)據(jù)：35KV架空線路長(zhǎng)度孔三西線11.3KM，孔三東線10.4KM
下井電纜長(zhǎng)度1-4路1000M，5-6路1100M
電源參數(shù)：最大運(yùn)行方式0.448Ω，最小運(yùn)行方式0.532Ω.
煤礦供電系統(tǒng)中，大多屬于無(wú)限大電源容量系統(tǒng)。我礦屬無(wú)限大電源容量系統(tǒng)，短路電流計(jì)算采用相對(duì)值法。在計(jì)算高壓電網(wǎng)中的短路電流時(shí)，一般情況只計(jì)算各元件的電抗而忽略其電阻。
繪制等值電路圖，計(jì)算各元件的相對(duì)基準(zhǔn)電抗
電源的電抗(包含35KV線路及主變壓器)
XX=0.448Ω
電纜電抗
Xda=X0* L/2=0.08*1/2=0.04
D點(diǎn)短路總電阻
X=0.448+0.04=0.488
井下中央變電所母線的三相短路電流為
Id(3)= UAV/√3*0.488=6.3/0.85=7.41KA
Sd=√3*6**7.41=77>50MVA
目前井下開(kāi)關(guān)柜的額定斷流容量200MVA，因此每回井下電纜首段不需要加電抗器來(lái)降低井下高壓系統(tǒng)的短路容量。
4 供電系統(tǒng)
4.1 35KV變電所電源系統(tǒng)的供電方式
礦井地面35KV電源系統(tǒng)(礦區(qū)供電系統(tǒng))為有備用系統(tǒng)的雙回路放射式接線。一般為單側(cè)電源供電，正常運(yùn)行時(shí)由一回線路供電，故障時(shí)由另一回線路供電。本設(shè)計(jì)也采用雙回路線路供電。
35kv及6kv主接線方式的確定
礦井變電所35kv主接線，應(yīng)力求簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，操作方便，并適當(dāng)考慮發(fā)展，當(dāng)為終端變電所或只有兩回出線時(shí)，一般采用橋式接線(內(nèi)、外、全橋接線)。
本設(shè)計(jì)采用全橋接線，其特點(diǎn)是線路側(cè)、變壓器側(cè)和母線橋上都有斷路器，故其有運(yùn)行靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，不論是切換變壓器還是切換線路都可方便的操作，并易發(fā)展成為分段單母線接線的中間變電所。
6kv母線一般采用斷路器分段的單母線接線，以保證一類負(fù)荷有雙電源，單母線分段使用斷路器比用隔離開(kāi)關(guān)操作方便，運(yùn)行靈活，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換提高供電的可靠性和連續(xù)性。
正常供電時(shí)，主變壓器一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用;6kv母線兩段同時(shí)運(yùn)行。
所用電主要是指操作電源用電及所內(nèi)動(dòng)力及照明用電，所用電源的設(shè)置應(yīng)按變電所的重要性、變壓器容量大小及采用的操作方式等確定。
本設(shè)計(jì)采用DF0210A智能型直流操作電源系統(tǒng)。對(duì)35KV變電所提供斷路器分、合閘以及二次回路中的儀表、儀器、繼電保護(hù)和事故照明的供電。DF0210A直流電源系統(tǒng)由充饋電屏以及蓄電池屏組成。電源系統(tǒng)配置采用高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)的電源模塊及大屏幕觸摸式監(jiān)控單元。監(jiān)控單元界面直觀，操作簡(jiǎn)單，可提供全面的在線模擬量和開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)信息，具有完善的保護(hù)告警功能以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和通訊接口功能。系統(tǒng)可按照電池的充、放電曲線和時(shí)間對(duì)電池進(jìn)行智能自動(dòng)管理，保證電池的工作壽命。
附系統(tǒng)組成及工作原理 :
4.2變電所一次供電設(shè)備的初選
供電設(shè)備應(yīng)按正常工作條件進(jìn)行初選，即按工作電壓即通過(guò)電器的最大長(zhǎng)時(shí)工作電流來(lái)選擇。盡量選用新型常用開(kāi)關(guān)設(shè)備，選型時(shí)應(yīng)盡量同一型號(hào)，減少設(shè)備種類。6-35kv斷路器采用電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。
4.2.1 35Kv開(kāi)關(guān)設(shè)備的初選
礦井變電所35kv設(shè)備一般采用戶外布置，但本設(shè)計(jì)采用室內(nèi)布置。根據(jù)供電系統(tǒng)的要求選用的設(shè)備有：
1) 隔離開(kāi)關(guān)：選用GN2-35G/630、GN2-35G/600型戶內(nèi)高壓隔離開(kāi)關(guān)。
2) 避雷器：主變壓器和線路必須裝設(shè)防雷保護(hù)裝置。選用Y5W-51/134型避雷器。
3) 斷路器：選真空斷路器ZW37-40.5型。
4) 互感器：電壓互感器應(yīng)裝在一段或二段35Kv母線上，按v/v接線作為測(cè)量和保護(hù)用，選用GDZP-35型。
電流互感器：在35kv側(cè)裝有計(jì)量電度表時(shí)，應(yīng)在進(jìn)線斷路器處接入測(cè)量用的電流互感器。可選用LCW-35型。
5) 熔斷器：電壓互感器應(yīng)裝設(shè)熔斷器作為短路保護(hù)，電壓互感器選用RW10-35型熔斷器。
4.2.2 6kv開(kāi)關(guān)設(shè)備的初選
礦井地面變電所6Kv設(shè)備為戶內(nèi)布置，應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境和正常工作作參數(shù)選擇電氣設(shè)備。
1) 根據(jù)電壓選擇
所選電器設(shè)備的額定電壓應(yīng)不低于所在電網(wǎng)的額定電壓，或電氣設(shè)備的最高允許工作電壓(1.1Un----1.15Un)不小于所在電網(wǎng)的最高電壓。
Un≥Un.w
式中：Un----電氣設(shè)備的額定電壓
Un.w---電網(wǎng)的額定電壓
2) 根據(jù)額定電流選擇
電氣設(shè)備的額定電流應(yīng)不小于通過(guò)它的最大長(zhǎng)時(shí)工作電流。
In≥Ica
式中：In----電氣設(shè)備的額定電流
Ica ---電氣設(shè)備所在線路的最大長(zhǎng)時(shí)工作電流
國(guó)產(chǎn)普通電氣設(shè)備的額定電流，是在環(huán)境溫度40度的條件下，長(zhǎng)時(shí)允許通過(guò)的最大電流。如果實(shí)際環(huán)境溫度超過(guò)40度，電氣設(shè)備允許的最大嘗試工作電流將小于額定值。如果周圍環(huán)境溫度低于40度，對(duì)高壓電器，每降低1度，允許電流比額定值可增加0.5%，但增加的總數(shù)不得超過(guò)20%。
4.2.3 按短路條件校驗(yàn)電器設(shè)備
1)開(kāi)關(guān)電器斷流能力的校驗(yàn)
當(dāng)開(kāi)關(guān)電器的額定斷流容量大于其所在電路的最大短路容量時(shí)，開(kāi)關(guān)電器才能可靠的切斷短路故障。否則，故障不能切除，并有可能使故障繼續(xù)擴(kuò)大，影響到系統(tǒng)的安全運(yùn)行。開(kāi)關(guān)電器的斷流能力應(yīng)按下式進(jìn)行校驗(yàn)
Sbr≥S“或S0.2
Ibr≥I“或I0.2
式中：S“、I“為最大運(yùn)行方式下開(kāi)關(guān)電器安裝處的次暫態(tài)短路容量;S0.2、I0.2為最大運(yùn)行方式下開(kāi)關(guān)電器安裝處短路后0.2秒時(shí)的短路容量和短路電流。
2) 電氣設(shè)備的短路穩(wěn)定性校驗(yàn)
為了保證電氣設(shè)備不因短路電流的電動(dòng)力和熱效應(yīng)所破壞，應(yīng)校驗(yàn)其在發(fā)生短路時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。短路時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性應(yīng)分別按下式進(jìn)行校驗(yàn)。
ies≥iim
Ies≥Iim
式中：ies、Ies電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定電流
iim、Iim三相短路時(shí)短路電流的沖擊峰值和沖擊有效值
Тp.s≥Тs
式中：Тp.s電氣設(shè)備的最大短時(shí)允許溫升
Тs電氣設(shè)備短路時(shí)實(shí)際溫升
對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行短路條件校驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)最嚴(yán)重的短路情況計(jì)算可能出現(xiàn)的最大短路電流，即最大運(yùn)行方式下的三相短路電流。但是對(duì)于僅在改變系統(tǒng)運(yùn)行方式的過(guò)程中出現(xiàn)短路的運(yùn)行情況可不予考慮。
詳細(xì)選擇見(jiàn)圖紙
4.3母線裝置的初選
室內(nèi)電壓在35kv以下，通常采用矩形母線，因?yàn)樗葘?shí)心圓母線具有冷卻條件好、交流電阻率小、在相同條件下截面較小的優(yōu)點(diǎn)。矩形母線從冷卻條件、集膚效應(yīng)、機(jī)械強(qiáng)度等因素綜合考慮，通常采用高、寬比為1/5-----1/12的矩形母線。本設(shè)計(jì)35kv母線選擇TMY50*6銅母線，6kv母線選擇矩形銅母線TMY120*8(兩條豎放)銅母線。
4.4電纜選擇
高壓電纜機(jī)械強(qiáng)度較高，按其它選擇的電纜截面能滿足機(jī)械強(qiáng)度的要求，所以選擇時(shí)可不考慮此項(xiàng)條件。但由于高壓電纜散熱條件差，所以必須考慮短路時(shí)熱穩(wěn)定性。高壓電纜選擇時(shí)，對(duì)年費(fèi)用高應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，按長(zhǎng)時(shí)允許電流、允許電壓損失和短路時(shí)的熱穩(wěn)定條件校驗(yàn)。對(duì)年費(fèi)用低的，可根據(jù)情況按長(zhǎng)時(shí)允許電流或允許電壓損失條件選擇，按其他條件校驗(yàn)。具體選擇見(jiàn)圖紙：
5 變電所布置
5.1 變電所位置的確定
變電所的位置，占地面積及確定位置所考慮到的一些問(wèn)題
1、接近負(fù)荷中心，2、不占或少占農(nóng)田3、便于各級(jí)電壓線路的引入和引出4、交通運(yùn)輸方便5、具有適宜的地質(zhì)條件6、盡量不設(shè)在空氣污染地區(qū)7、具有生產(chǎn)和生活用水的可靠水源8、確定地址時(shí)應(yīng)考慮與鄰近設(shè)施之間的相互影響9、地址位置選擇應(yīng)于礦區(qū)個(gè)變電所的數(shù)量容量用戶負(fù)荷的分配同時(shí)考慮。
5.2 變電所總體布置的原則與要求
35/6kv降壓變電所，一般由主變壓器，配電裝置和控制室等組成。變電所總體布置應(yīng)根據(jù)電壓等級(jí)，各級(jí)配電裝置的型式，進(jìn)出線的條件，地形情況等因素合理確定，主要考慮以下幾點(diǎn)：
1、變壓器與各級(jí)配電裝置的連線應(yīng)盡量短。
2、保證架空線和電纜出現(xiàn)的方便。
3、便于各類電器的運(yùn)輸與更換
4、留有擴(kuò)建發(fā)展余地
本設(shè)計(jì)變電所布置如圖所示：
1、兩臺(tái)主變壓器放在室外
2、變電所建筑為三層，三層為35kv設(shè)備、檢修室，二層為6kv設(shè)備和控制室，一層為電纜通道和電容器室
6 變壓器繼電保護(hù)
煤礦35kv變電所是礦山的重要組成部分，故障時(shí)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此必須專門裝設(shè)保護(hù)。保護(hù)應(yīng)滿足選擇性、快速性、靈敏性、可靠性的要求。
6.1變電所繼電保護(hù)的配置情況
6.1.1變壓器的常用保護(hù)裝置
1)瓦斯保護(hù)：分為重瓦斯保護(hù)和輕瓦斯保護(hù)，瓦斯保護(hù)用于反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部的各種故障。當(dāng)內(nèi)部故障輕微時(shí)產(chǎn)生的氣體少，使輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作并發(fā)出信號(hào)，當(dāng)內(nèi)部故障嚴(yán)重時(shí)，重瓦斯保護(hù)立即動(dòng)作，式變壓器退出運(yùn)行。
2)過(guò)電流保護(hù)：作為外部短路及變壓器內(nèi)部短路的后備保護(hù)。
3)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)：作為變壓器內(nèi)部繞組、絕緣套管及引出線間短路的主保護(hù)。
4)過(guò)負(fù)荷保護(hù)：變壓器過(guò)負(fù)荷發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
5)溫度保護(hù)：作用于變壓器超溫報(bào)警
6.1.2架空線路保護(hù)：采用時(shí)限過(guò)流保護(hù)作為主保護(hù)，無(wú)時(shí)限速斷保護(hù)為輔助保護(hù)。
6.1.3電纜線路保護(hù)：定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)為主保護(hù)，速斷保護(hù)為輔助保護(hù)。零序電流保護(hù)作為報(bào)警信號(hào)。
6.2主變壓器的繼電保護(hù)
主要討論變電所單側(cè)電源、單獨(dú)運(yùn)行的35/6kv，y/△-11電力變壓器的繼電保護(hù)方式，整定計(jì)算及保護(hù)原理接線圖等。
6.2.1變壓器的瓦斯保護(hù)變壓器的內(nèi)部故障如匝間或?qū)娱g短路，接地短路等。
保護(hù)原理：QJ3-80型瓦斯繼電器
當(dāng)發(fā)生輕微故障時(shí)產(chǎn)生氣體上升，聚集在繼電器上部，使油面下降，開(kāi)口杯隨油面降低而下沉，使磁鐵靠近干簧接點(diǎn)，干簧接點(diǎn)閉合，發(fā)出輕瓦斯信號(hào)。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，產(chǎn)生大量的氣體，使擋板及開(kāi)口杯一起轉(zhuǎn)動(dòng)，接點(diǎn)閉合，使斷路器跳閘。瓦斯保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是：動(dòng)作迅速，靈敏度高，接線和安裝簡(jiǎn)單，能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部各種類型的故障。缺點(diǎn)是：不能反應(yīng)外部套管和引出線的短路故障，因而還必須與其他保護(hù)裝置配合使用。
瓦斯保護(hù)的整定：1、輕瓦斯保護(hù)的動(dòng)作整定值可通過(guò)調(diào)整開(kāi)口杯動(dòng)作所需要的瓦斯繼電器頂部的氣體體積確定，一般瓦斯繼電器可調(diào)節(jié)的最大范圍為250-300cm3。2、重瓦斯的整定是調(diào)節(jié)擋板上的彈簧壓力，該壓力已換算成相應(yīng)的油氣流的流速，標(biāo)注在彈簧的調(diào)節(jié)桿旁邊，一般可調(diào)節(jié)的范圍為0.6—1.5m/s。
6.2.2變壓器的過(guò)電流保護(hù)
變壓器的過(guò)電流保護(hù)裝置安裝在變壓器的電源側(cè)，他既能反應(yīng)變壓器的外部故障，又能作為變壓器內(nèi)部故障的后備保護(hù)，同時(shí)也作為下一級(jí)線路的后備保護(hù)。為提高靈敏度應(yīng)采用三相三繼電器接線。
過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流，應(yīng)按躲過(guò)變壓器的最大負(fù)荷電流來(lái)整定，即
IOP=Kk/Kre*Iw.max
式中：Iw.max為變壓器的最大負(fù)荷電流，Kk為可靠系數(shù)，取1.2---1.3;Kre為返回系數(shù)，一般取0.85。
保護(hù)裝置的靈敏度應(yīng)按下式校驗(yàn)
Kr=Is2.min/Iop≥1.5
式中：Is2.min為最小運(yùn)行方式下，保護(hù)范圍末端最小兩相短路電流。
保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)限按階梯原則整定，即比下一級(jí)保護(hù)裝置大一個(gè)時(shí)限級(jí)差△t。
6.2.3變壓器的過(guò)負(fù)荷保護(hù)
變壓器過(guò)負(fù)荷屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)，不算故障，一般經(jīng)過(guò)延時(shí)后作用于信號(hào)來(lái)通知運(yùn)行值班人員。因?yàn)樽儔浩鞯倪^(guò)負(fù)荷電流是對(duì)稱的，所以只需在某一相上裝一只電流繼電器來(lái)反應(yīng)變壓器的過(guò)負(fù)荷。
過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置的動(dòng)作電流按躲過(guò)變壓器的額定電流整定，即
IOP=Kk/Kre*IN.T=1.05/0.85*1466.3=1811A
式中：IN.T為變壓器的額定電流，Kk為可靠系數(shù)，取1.05，Kre為返回系數(shù)，取0.85。
為防止短路時(shí)和大負(fù)荷起動(dòng)時(shí)誤發(fā)信號(hào)，過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)裝設(shè)一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)，他要大于變壓器的過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，一般取10S。
6.2.4變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)
變壓器容量在6300KVA及以上并列運(yùn)行的變壓器，或10000KVA以上單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，均應(yīng)裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)。
a) 接線方式：采用靈敏度較高的三相三繼電器接線，他由兩組不同型號(hào)的差動(dòng)專用的電流互感器和一組差動(dòng)繼電器組成。因?yàn)榈V主變壓器采用Y,d11接線。其兩側(cè)電流之間有30度的相位差。電流互感器采用相位差補(bǔ)償?shù)娜嗍浇泳€，即將變壓器Y側(cè)的電流互感器接成△形，變壓器△側(cè)的電流互感器接成Y形。差動(dòng)繼電器選用BCH-2型。
b) 采用BCH-2型繼電器的差動(dòng)保護(hù)整定計(jì)算
1) 計(jì)算變壓器兩側(cè)額定電流，選擇電流互感器變比，并計(jì)算各側(cè)二次回路的額定電流
變壓器的額定電流 IYe、I△e
IYe=Se/√3* U1e A I△e =Se/√3* U2e A
式中：Se----變壓器額定容量 U1e------變壓器一次額定電壓
U1e------變壓器一次額定電壓
IYe=Se/√3* U1e =16000/√3*35=263.9 A
I△e =Se/√3* U2e=16000/√3*6=1466.3A
2)、選擇電流互感器變比
電流互感器二次額定電流為5A時(shí);
變壓器△側(cè)為：N1△js=1466.3/5
變壓器Y側(cè)為：N1Yjs=√3*263.9/5=457/5
選擇接近并稍大于該值的標(biāo)準(zhǔn)變比?。?/p>
N1△js=2000/5 N1Yjs=800/5
3)、計(jì)算兩側(cè)電流互感器二次回路的額定電流I2ey,I2e△
I2e= Kjx*Ie/N1
變壓器Y側(cè) I2ey=√3*Iey/n1y
變壓器△側(cè) I2e△=Ie△/n1△
式中：I2e----電流互感器二次回路額定電流
n1-----電流互感器變比
Kjx------電流互感器接線系數(shù)
Y形 Kjx=√3
△形 Kjx=1
I2ey=√3*263.9/120=3.81
I2e△=Ie△/n1△=1466.3/400=3.67
取6KV側(cè)為基本側(cè)
C) 按下述三個(gè)條件決定保護(hù)裝置的一次動(dòng)作電流Idz
(1) 躲過(guò)變壓器空載合閘和外部短路切除后電壓恢復(fù)時(shí)的勵(lì)磁涌流
Idz= Kk* Iye 式中：Kk-----可靠系數(shù)Kk=1.3
Idz= Kk* Iye=1.3*263.9=343.07
(2) 躲過(guò)外部短路時(shí)的最大不平衡電流
Idz= Kk(KFZ* KTX* fi+△U +△fza)*I(3)max
式中：KFZ---非周期分量引起的誤差 KFZ=1
KTX---電流互感器的同型系數(shù)，當(dāng)電流互感器型號(hào)相同時(shí)取0.5，不同取1。
fi----電流互感器容許最大相對(duì)誤差取0.1
△ U---變壓器改變分接頭調(diào)壓引起的相對(duì)誤差，一般取調(diào)壓范圍的一半，對(duì)35kv變壓器取0.05
△ fza---繼電器整定計(jì)算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對(duì)誤差，由于在計(jì)算動(dòng)作電流時(shí)，△fza還不能求出，可先采用中間值0.05初步計(jì)算。
I(3)max----外部故障時(shí)最大三相短路電流的周期分量
Idz= Kk(KFZ* KTX* fi+△U +△fza)*I(3)max=1.3*(1*1*0.1+0.05+0.05)*8119=2111 A
(3) 躲過(guò)電流互感器二次斷線引起的不平衡電流
Idz= Kk*Ig.max
式中：Ig.max---變壓器最大工作電流
Idz= Kk*Ig.max=1.3*1466.3=1906 A
取最大項(xiàng)作為一次動(dòng)作電流整定值 取Idz= 2111A
2) 確定差動(dòng)線圈和基本側(cè)平衡線圈匝數(shù)
對(duì)于雙繞組變壓器，兩側(cè)電流互感器分別經(jīng)兩側(cè)平衡線圈在接入差動(dòng)線圈。
(1) 基本側(cè)繼電器的動(dòng)作電流為
IdZJ= KJX*/Ni* Idz=2111/120=17.59
(2)基本線圈匝數(shù)，按下式計(jì)算
WCJS=AW0/ IdZJ=100/17.59=5.69
AW0---繼電器動(dòng)作安匝，無(wú)實(shí)測(cè)值，取AW0=100安匝，基本線圈的整定匝數(shù)WCJS選用計(jì)算匝數(shù)接近的值，且整定匝數(shù)應(yīng)等于基本側(cè)平衡線圈匝數(shù)和差動(dòng)線圈匝數(shù)之和，?。?/p>
Wcz=Wpi+Wc Wcz取5匝
由上式選出較Wcz小而接近的匝數(shù)作為差動(dòng)線圈Wc的匝數(shù)，由此可得平衡線圈匝數(shù)為：(取Wc=4)
Wpi= Wcz-Wc=1匝
(2) 則基本側(cè)繼電器的實(shí)際電流為：
IdZJ= AW0/ Wcz=20 A
5)確定非基本側(cè)平衡線圈匝數(shù)
非基本側(cè)平衡線圈的計(jì)算匝數(shù)為：
WpⅡ。js=Iezj/ Iezf* Wcz- Wc
式中：Iezj---基本側(cè)二次回路額定電流
Iezf—非基本側(cè)二次回路額定電流
WpⅡ。js=Iezj/ Iezf* Wcz- Wc=3.67/1.64*5-4=7.19
選用接近WpⅡ。js的匝數(shù)作為非基本側(cè)平衡線圈的整定匝數(shù)選WpⅡ=7則非基本側(cè)的工作線圈整定匝數(shù)為：
Wcz.f= WpⅡ+ Wc=7+4=11
非基本側(cè)繼電器的實(shí)際動(dòng)作電流為：
IdZJf= AW0/ Wczf=9.09A
6)校驗(yàn)整定匝數(shù)與計(jì)算不等引起的相對(duì)誤差△fza
△fza= (WpⅡ。js- WpⅡ)/(WpⅡ。js+ Wc)=(7.19-7)/(7+4)=0.02<0.05
滿足要求
7)確定短路線圈工作匝數(shù)
本設(shè)計(jì)變壓器容量16000KVA，選用2-2抽頭(是否合適，應(yīng)在保護(hù)裝置投入運(yùn)行后，通過(guò)變壓器空載合閘試驗(yàn)決定)
8)靈敏度校驗(yàn)
應(yīng)按變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)最小兩相短路電流校驗(yàn)，此處按系統(tǒng)最小運(yùn)行方式變壓器二次側(cè)的兩相短路來(lái)計(jì)算，因是單電源故應(yīng)算至電源側(cè)進(jìn)行校驗(yàn)，靈敏度系數(shù)應(yīng)滿足下是要求：
K= Id(2)min/Idzj≥2
式中：Id(2)min-----變壓器二次側(cè)兩相短路時(shí)，從電源側(cè)流入繼電器的最小短路電流
Id(2)min=√3*5921/5.87*160=10.92
K= Id(2)min/Idzj=10.92/2.18≥2 滿足要求
7 變電所的防雷
7.1變電所的雷害。
變電所是重要的的電力樞紐，要求有可靠的防雷保護(hù)，變電所雷害來(lái)源于三個(gè)方面：1、雷直擊于變電所的導(dǎo)線和電氣設(shè)備2、變電所避雷針(線)落雷時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)和反擊的過(guò)電壓3、雷沿線路傳來(lái)的入侵波。
7.2對(duì)直擊雷的保護(hù)
安裝避雷針，將變電所的進(jìn)線桿塔和室外電氣設(shè)備全部置于避雷針下的保護(hù)范圍內(nèi)，針與被保護(hù)物保持一定距離，防止“反擊”本變電所采取四支避雷針，如圖示：
7.3對(duì)雷電入侵波的防護(hù)
1) 為了防止或減少近區(qū)雷電間短路，在沿金屬線架設(shè)避雷器，35kv架空線路上在1-2km進(jìn)線段裝設(shè)避雷器。
2) 變電所母線上，每路進(jìn)線安裝氧化鋅避雷器.
7.4對(duì)輸電線路的防護(hù)
當(dāng)變電所6kv配出線路上落雷時(shí)，雷電入侵波會(huì)沿配出線侵入變電所，對(duì)配電裝置及變壓器絕緣構(gòu)成威脅。因此在每段母線上和每回架空線上裝設(shè)避雷器，對(duì)于有電纜段的架空線路，避雷器應(yīng)裝電纜與架空線的連接處。
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致謝
設(shè)計(jì)對(duì)于我來(lái)說(shuō)還是一個(gè)新詞，其中的困難是不言自明的，但在老師的支持和細(xì)心解答下，我最終突破了設(shè)計(jì)困難，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。在此，我對(duì)幫助我的老師表示誠(chéng)摯的敬意。
此外，我還要對(duì)在這次設(shè)計(jì)中，幫助和支持我的同學(xué)，表示感謝。
